前言:
CNC加工中心在工作过程中要承受复杂的静动态载荷和从外界传来的振动的影响,为保证加工质量和加工效率,要求其结构具有良好的动态性能'加工中心整机动态性能的优劣取决于各子部件动态特性的优劣。立柱作为加工中心的主要功能子部件之一,其动态特性是决定加工中心抗振性能的重要因素,提高其动态特性有助于提高加工中心整机的加工精度等性能p-\因此对立柱结构进行优化设计和模态分析是很有必要的。
现阶段加工中心结构优化设计方法主要分为3个方面:结构尺度的优化设计、结构形状的优化设计及拓扑优化M。[10] 拓扑优化设计是以确定结构最优拓扑为目标的优化方法;结构的形状优化设计是以确定结构的最优形状为目标的优化方法;尺度优化设计师以确定结构中各子部分的尺寸为目标的优化方法。如:R. Neugebauej•等[5]应用仿生学原理,重新设计加工中心结构,使加工中心重量得到了减轻,并在一定程度上提高了加工中心的刚度与质量之比。L. Krdl等M运用拓扑优化方法,实现了加工中心的轻量化设计的目标。根据出发点的不同,国内优化设计研究主要分为两方面的内容:第一方面是从结构的整体出发,对加工中心结构进行参数或拓扑优化设计1第二方面利用元结构的思想,对构成加工中心结构的单元进行研究,以提高加工中心床身的性能H。论文了利用元结构的思想结合形状优化与尺寸优化方法对立柱进行了结构改进。
该立柱大体呈“回”字型,高宽比较大,两侧刚度较低,重心过高。这使得立柱的固有频率偏小,引起加工中心整机的固有频率偏低,加工中心的性能降低引起加工中心加工过程中立柱产生较大的振动。为了保证立柱具有较高的固有频率和刚度,提高其动态性能,对其进行了结构方面的改进,以满足设计的要求。文章从筋板形式和筋板厚度对元结构模态参数影响两个方面进行了研究,并将研究所得的结果运用到了立柱结构的动态优化设计过程中,使得立柱固有频率得到了很大的提高。
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结束语:
1)为了提高加工中心立柱的模态参数,提出了基于元结构对立柱结构的优化方法。该方法为其他加工中心基础件动态优化提供了_种简洁的技术途径,对于结构参数优化具有一定的指导作用,对于结构快速优化设计也有具有—定的参考价值。
2)研究结果表明该方法也可以有效地控制其他加工中心结构在设计阶段的隐形参数,为加工中心刚度评价系统的建立提供数据支撑。结合模态测试实验与有限元模态分析可以提高研究结果的准确性。
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